－－高触变型水下环氧灌浆材料的研制

刘德明，吴启民，卓必文

(杭州国电大坝安全工程有限公司，浙江杭州，310030)

作者简介: 刘德明(1985—)，男，山东泰安人，工程师，主要从事环氧类化学灌浆材料和防水涂料的研究。

【摘 要】 本文介绍了一种高触变型水下环氧灌浆材料的研制过程，该材料具有良好的水下粘结性能和较高的低温力学强度。可以采用砂浆泵进行灌注施工，停止灌浆后，材料即停止流动，可对水下裂隙、有水管道等进行可控灌浆。

【关键词】 灌浆材料; 水下修补; 高触变性

1 前言

环氧树脂具有强度高、粘结力强、收缩小、化学性质稳定、可室温甚至低温固化等特点而常被用于工程缺陷的修补［1］。在水下修补工程中，也希望将环氧树脂作为灌浆材料用于水下缺陷的补强加固，但有些部位的修补要求灌浆材料不能流得太远，或者在灌注的时候需要材料实现整体推进的效果，这都对产品的触变性提出了要求。水下环氧灌浆材料应具备水下不分散，与水饱和混凝土面粘结性能好，可操作时间很长，低温水下仍具有较高的力学强度等特点。除此以外，本文中开发的HK－963－J2高触变型水下环氧灌浆材料还要实现没有压力推动时在水下不流动的特性。

2 实验部分

2．1 实验内容

(1)主剂的选择。主剂主要由环氧树脂、稀释剂和固化剂组成，用该主剂配制成的材料应对水饱和混凝土面具有良好的浸润性。

(2)可操作时间的调整。主要通过添加促进剂对HK－963－J2的可操作时间进行调整，需兼顾可操作时间和低温水下强度两个方面的性能。

(3)触变性的调整。结合降低密度和添加触变剂两种方法对HK－963－J2的触变性进行调整，实现材料在没有推力作用时在水中不流动的效果。

2．2 实验方法

(1)粘度测定: 参考GB/T2794—1995《胶粘剂粘度的测定》和旋转粘度计说明书的要求，对于触变性体系粘度的测定应采用固定转子，读取固定转速和旋转时间的刻度值。

(2)表干时间: 按GB/T13477.5—2002《建筑密封材料表干时间的测定》测定。

(3)扩展度: 跳桌法。

(4)抗折强度、抗压强度: 按GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》测定其抗压、抗折强度。

2．3 实验设备

NDJ－4型旋转粘度计、NYL－60型压力试验机、WE－50B型液压万能试验机。

3 结果与讨论

3．1 主剂的选择

HK－963增厚型环氧涂料是杭州国电大坝安全工程有限公司于20世纪90年代开发的水下涂料，能够在40多米水深的水饱和混凝土面进行涂刷，是国内为数不多的水下专用涂料之一［2，3］。HK－963－J2的主剂延用了HK－963的树脂体系，通过与粉料的相互作用既具有水下不分散的特点又具有良好的水饱和混凝土面浸润性，与水饱和混凝土面粘结强度高。

3．2 可操作时间的调整

HK－963－J2由A、B两组分构成，按A/B=8/1混合后粘度逐渐增大，其可操作时间可根据工程需要在生产时通过促进剂进行调整，促进剂用量增加，可操作时间缩短。HK－963－J2中含有300μm左右的抗收缩颗粒，施工时采用JRD－300型砂浆泵进行灌注，产品的可灌性宜采用扩展度(跳桌法)来衡量。试验表明，当扩展度在230mm以上时，产品具有较好的泵送性，因此以扩展度降低到230mm时的时间作为可操作时间，促进剂用量对可操作时间和凝胶时间的影响如表1所示。

表1 促进剂用量对HK－963－J2可操作时间和凝胶时间的影响

注: ①可操作时间和凝胶时间均在23℃±2℃室温中测得; ②28d后抗压强度为试件在23℃±2℃水中养护28d测得。

据潜水员观测，43m水深处，水温大约为12℃，15m水深处水温大约为18℃，12m水深处水温大约为20℃，基本与水面上的环境温度相同。水下环氧灌浆材料不仅要具有较长的可操作时间，还要兼顾低温水中的力学性能。HK－963－J2的抗压强度、抗折强度在10℃±2℃水中的增长情况如图1所示，大约40d后，其抗折、抗压强度达到最大值。

图1 HK－963－J2在10℃±2℃水中强度增长曲线

3．3 触变性的调整

触变性是指流体受到剪切时粘度变小，停止剪切时粘度又增加的性质，即一触即变的性质。这是由于剪切破坏了材料体系内的物理网络结构，停止剪切后，物理网络又重建的缘故。常用的触变性调节剂有膨润土、氢化蓖麻油和气相二氧化硅［4］。膨润土在增加体系触变性的同时，往往对粘度增加的贡献也较大，很难平衡触变性和泵送性两者间的关系; 氢化蓖麻油的使用比较复杂，要经过特殊工艺才能呈现出触变性，用于真溶液体系较多; 气相二氧化硅的添加量一般无法超过4%，单纯A、B组分的触变性可以很好，但当A、B混合后，尤其是体系温度升高时，触变性容易被破坏。单纯使用以上三种触变剂无法实现触变性和泵送性的统一，经过反复试验发现，添加轻质填料后再选用触变剂调节触变性可得到较好的效果。不同触变剂含量的HK－963－J2的触变值［5，6］如表2所示。不同触变值的HK－963－J2在水中有不同的形态，当触变值≥4时，材料在水中能保持刚浇入时的形状，触变值越小，材料自流平、自密实的程度越大。不同触变值的HK－963－J2在水中的形态如图2所示。

表2 不同触变剂含量的HK－963－J2的触变值

图2 不同触变值的HK－963－J2在水中的状态

3．4 HK－963－J2的性能

HK－963－J2高触变型水下环氧灌浆材料是针对水下裂隙浅层灌注而开发的新材料，可用灌浆泵对其进行可控灌浆，实现对水下裂隙的定点、定量修补，节省了成本。其基本性能如表3所示。

表3 HK－963－J2基本性能表

4 HK－963－J2的应用

灌浆时，HK－963－J2靠灌浆泵提供的压力从较小管径的灌浆管中高速流出，受到的剪切作用强，粘度低; 材料流出管路后，进入较大尺寸空间，压力降低，剪切作用变弱，粘度上升，流速变慢，从而实现与后续材料整体推进的效果; 灌浆停止后，材料流动的动力全部来自于自重，由于材料密度小，在水下由自重引起的流动速度极小，剪切速率极低，材料的粘度变得很高，在材料的最前端，形成一定的坡度后材料仅凭自重无法破坏自身的触变性而保持一定形状，停止流动。

图3 HK－963－J2在水中的流态实验

利用JRD－300电动螺杆灌浆泵对HK－963－J2在直径为20cm，长度60m注满水的有机玻璃管内进行灌注试验，观察流动形态变化。有机玻璃管与水平面的夹角为10°，如图3 所示。可见HK－963－J2即使在10°的倾斜面上也能保持其整体推进的形态，实现了可控灌浆，利于将管内的水全部排出。HK－963－J2已在国内外的项目中取得了成功应用。

5 结语

HK－963－J2是一种双组分、高触变性的水下环氧灌浆材料，在水中不能自流平，堆积效果好，与金属、混凝土水下粘结性能好，低温力学强度高，密度低，收缩小，适用于金属管道或混凝土有水管道的排水封堵，裂隙填充封堵，人防工程等建筑物宽裂隙或渗漏管路的水下定点、定量封堵。

参考文献

［1］冯善彪，刘元津，包银鸿. 化学灌浆技术［M］. 北京: 水利出版社，1980: 115－137.

［2］包银鸿，程红，陆志华. 水下混凝土缺陷处理的工法研究——材料部分［J］. 大坝与安全，2005，(2):21－28.

［3］张捷. 大坝混凝土水下修补技术［C］. 水电2006国际研讨会，2006: 643－650.

［4］孙曼灵，吴良义. 环氧树脂应用原理与技术［M］. 北京: 机械工业出版社，2002: 262－265.

［5］宁武深. 乳胶涂料流变性能控制研究［J］. 中国涂料，2004，(12): 17－20.

［6］黄建平，吴晓黎. 乳液触变性对流平性的影响研究［J］. 四川化工，2010，13(5): 20－23.